Per favorire una transizione efficace verso un modello di economia circolare, la ricerca nel settore del packaging alimentare si concentra sempre più sullo sviluppo di imballaggi biobased. I biomateriali, che possono essere di origine naturale, sintetica o ibrida, si distinguono dalle plastiche convenzionali monouso per ampia disponibilità e costi contenuti, garantendo al contempo compatibilità con gli alimenti, biodegradabilità e un ridotto impatto ambientale.Inoltre, uno degli obiettivi principali della produzione di nuovi materiali è quello di mantenere invariate le funzioni essenziali degli imballaggi tradizionali come adeguate proprietà di barriera, resistenza meccanica e protezione dell'umidità.
Le proteine e i polisaccaridi rappresentano le due principali classi di biomateriali impiegati nella produzione di bioplastiche destinate al packaging alimentare. Entrambe le categorie derivano da fonti rinnovabili ampiamente disponibili, tra cui matrici vegetali, animali e microbiche. Mediante opportuni processi di trasformazione, tali biomateriali possono essere convertiti in materiali biodegradabili e a basso impatto ambientale, adatti alla realizzazione di sistemi di confezionamento sostenibili. Inoltre, grazie all'elevata variabilità strutturale e funzionale, proteine e polisaccaridi offrono ampie possibilità di interazione, modifica chimica e combinazione con altri materiali, risultando particolarmente versatili nello sviluppo di packaging innovativi [1].
In questo contesto, tra le proteine di origine animale, le proteine del siero di latte, provenienti dagli scarti della filiera lattiero-casearia rappresentano una valida matrice alternativa per la realizzazione di film biodegradabili in sostituzione agli imballaggi alimentari tradizionali [2].
Al fine di preservare la sicurezza, la qualità e le caratteristiche sensoriali dei prodotti alimentari lungo tutta la filiera, un nuovo fronte di ricerca si focalizza sulla possibilità di integrare funzionalità innovative ai biomateriali utilizzati con conseguente estensione della shelf-life.
Tabella 1: Attività antimicrobica degli estratti di foglie di olivo (FO) nei confronti dei ceppi batterici selezionati, espressa come diametro dell’alone di inibizione (mm) determinato mediante saggio di Kirby-Bauer a diverse concentrazioni di estratto. I dati sono riportati come media ± deviazione standard. È stata eseguita un'ANOVA a una via, seguita dal test post hoc di Tukey. Lettere diverse indicano differenze statisticamente significative tra i gruppi (p < 0,05).
Tra gli approcci più innovativi si colloca il concetto di packaging attivo, progettato per interagire direttamente con l'alimento o con l'ambiente interno della confezione, attraverso l'incorporazione di sostanze funzionali in grado di migliorare specifiche proprietà del sistema di confezionamento. Tra queste rientrano, ad esempio, agenti antimicrobici, antiossidanti, scavenger di ossigeno, emettitori di anidride carbonica e assorbitori di etilene, con lo scopo di modulare le condizioni interne della confezione e contrastare i principali fattori responsabili del deterioramento degli alimenti [3].
In questo studio ci siamo focalizzati sulla caratterizzazione di estratti idroalcolici ottenuti da sottoprodotti della filiera olivicola. In particolare, foglie di olivo e acque di vegetazione rappresentano matrici di scarto ad elevato potenziale applicativo grazie alle loro proprietà antimicrobiche e antiossidanti. Tali attività biologiche sono principalmente attribuite alla presenza di composti fenolici bioattivi, tra cui flavonoidi, idrossitirosolo e oleuropeina [4]. In una prospettiva applicativa, gli estratti selezionati saranno successivamente impiegati, singolarmente o in miscela, per la funzionalizzazione di film biodegradabili a base di sieroproteine, al fine di sviluppare sistemi di biopackaging sostenibile in grado di contribuire al prolungamento della shelf-life dei prodotti alimentari grazie alle loro proprietà antimicrobiche.
METODOLOGIE
Le matrici oggetto di studio sono state foglie di olivo e acque di vegetazione, entrambe sottoposte a liofilizzazione e successiva polverizzazione al fine di ottenere un materiale omogeneo e idoneo ai processi estrattivi.
Figura 1 Immagine rappresentativa della piastra LB agar utilizzata per il saggio Kirby-Bauer sul ceppo batterico Bacillus subtilis, maggiormente sensibile all’estratto di foglie di olivo (FO). Attività antimicrobica dose-dipendente espressa come diametro dell’alone di inibizione (mm) a concentrazioni crescenti di estratto (0,25–2 mg/dischetto). Le barre rappresentano i valori medi ± deviazione standard. È stata eseguita un'ANOVA a una via, seguita dal test post hoc di Tukey. Lettere diverse indicano differenze statisticamente significative tra i gruppi (p < 0,05).
L'estrazione dei composti bioattivi è stata effettuata mediante tecnologia assistita da ultrasuoni (UAE), utilizzando una miscela idroalcolica etanolo/acqua (80:20, v/v) come solvente di estrazione.
Tabella 2: Attività antimicrobica degli estratti di acque di vegetazione (AV) nei confronti dei ceppi batterici selezionati, espressa come diametro dell’alone di inibizione (mm) determinato mediante saggio di Kirby-Bauer a diverse concentrazioni di estratto. I dati sono riportati come media ± deviazione standard. È stata eseguita un'ANOVA a una via, seguita dal test post hoc di Tukey. Lettere diverse indicano differenze statisticamente significative tra i gruppi (p < 0,05).
Il processo è stato condotto a 30°C per un tempo compreso tra 30 e 50 minuti, prevedendo cicli di interruzione per limitare incrementi eccessivi di temperatura e prevenire la possibile degradazione termica dei composti attivi. Gli estratti ottenuti sono stati caratterizzati mediante analisi cromatografica UHPLC-DAD per la valutazione del profilo dei composti bioattivi. L'attività antimicrobica è stata valutata mediante saggio Kirby-Bauer nei confronti di due ceppi di interesse, un Gram-positivo e un Gram-negativo, rispettivamente Bacillus subtilis ed Escherichia coli. Le sospensioni batteriche sono state standardizzate a 0,5 McFarland e seminate su terreno agarizzato per ottenere un tappeto batterico omogeneo. I dischetti impregnati con gli estratti, a diverse concentrazioni, sono stati applicati sulla superficie del terreno e le piastre incubate a 37°C for 16-18 h. L'attività inibitoria è stata valutata misurando il diametro degli aloni di inibizione espressi in mm.
Figura 2: Immagine rappresentativa della piastra LB agar utilizzata per il saggio Kirby-Bauer sul ceppo batterico Escherichia coli, maggiormente sensibile all’estratto di acque di vegetazione (AV). Attività antimicrobica dose-dipendente espressa come diametro dell’alone di inibizione (mm) a concentrazioni crescenti di estratto (0,45–3,6 mg/dischetto). Le barre rappresentano i valori medi ± deviazione standard. È stata eseguita un'ANOVA a una via, seguita dal test post hoc di Tukey. Lettere diverse indicano differenze statisticamente significative tra i gruppi (p < 0,05).
RISULTATI PRINCIPALI
L'attività antimicrobica degli estratti testati è stata valutata mediante saggio Kirby-Bauer nei confronti di ceppi batterici selezionati presenti nel nostro laboratorio. Entrambi gli estratti hanno mostrato un effetto inibitorio dose-dipendente, sebbene con differenti profili di efficacia in funzione del microrganismo target.
Gli estratti ottenuti da foglie di olivo hanno evidenziato la maggiore attività antibatterica nei confronti di Bacillus subtilis (Tabella 1), con diametri degli aloni di inibizione in progressivo aumento da 9,6 ± 0,6 mm alla dose di 0,25 mg/disco fino a 18,3 ± 1,2 mm per la dose 2 mg/disco (Figura 1), indicando un marcato miglioramento dell'efficacia antimicrobica all'aumentare della quantità di estratto applicata.
Anche gli estratti derivati dalle acque di vegetazione hanno mostrato attività antimicrobica, con la massima inibizione osservata nei confronti di Escherichia coli (Tabella 2). In questo caso, i diametri degli aloni di inibizione sono aumentati da 6,2 ± 0,2 mm alla dose di 0,45 mg/disco fino a 10,1 ± 0,3 mm per la dose 3,6 mg/disco (Figura 2). Sebbene l'attività complessiva sia risultata inferiore rispetto a quella osservata per gli estratti di foglie di olivo, è stata comunque rilevata una chiara risposta dose-dipendente. Nel complesso, nelle condizioni sperimentali adottate, gli estratti di foglie di olivo hanno mostrato una maggiore efficacia antimicrobica rispetto agli estratti ottenuti dalle acque di vegetazione; tali differenze potrebbero essere attribuite a una diversa composizione polifenolica, in grado di influenzare non solo l'intensità dell'attività antimicrobica ma anche lo spettro d'azione dei due estratti nei confronti di batteri Gram-positivi e Gram-negativi.
Figura 3: Schema del processo di sviluppo dei biomateriali attivi: sieroproteine utilizzate come matrice di base, funzionalizzate con estratti ottenuti da foglie di olivo e acque di vegetazione, incorporati nella soluzione filmogena e successivamente processati mediante tecniche di solvent casting o dip coating per la produzione dei film.
CONCLUSIONI
I risultati ottenuti evidenziano il potenziale di foglie di olivo e acque di vegetazione come fonti sostenibili di composti bioattivi per applicazioni nel packaging alimentare attivo. L'attività antimicrobica dose-dipendente osservata, unitamente alle differenze di selettività verso batteri Gram-positivi e Gram-negativi, suggerisce la possibilità di modulare le funzionalità del materiale finale attraverso la scelta o combinazione degli estratti. In prospettiva, tali estratti potranno essere impiegati nella formulazione di pellicole biodegradabili a base di sieroproteine ottenute per casting o come sistemi di coating (figura 3), con potenziale applicazione nel prolungamento della shelf-life e nel miglioramento della sicurezza microbiologica degli alimenti.
BIBLIOGRAFIA
[1] Surya Sudheer, Smarak Bandyopadhyay, Rajeev Bhat. Sustainable polysaccharide and protein hydrogel-based packaging materials for food products: A review. International Journal of Biological Macromolecules, Volume 248, 2023, 125845, ISSN 0141-8130, https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.125845.
[2] Lina Goudali, Naoual Belouaggadia, Basha Shaik Nagoor, Abdellah Zamma, Latifa Elfarissi. Innovative whey protein isolate-based biopolymer film with glycerol for sustainable food packaging applications. Hybrid Advances, Volume 11, 2025, 100519, ISSN 2773-207X, https://doi.org/10.1016/j.hybadv.2025.100519.
[3] Partha Pratim Das, Ragesh Prathapan, Kee Woei Ng. Advances in biomaterials based food packaging systems: Current status and the way forward. Biomaterials Advances, Volume 164, 2024, 213988, ISSN 2772-9508, https://doi.org/10.1016/j.bioadv.2024.213988.
[4] Ascenzo Salvati, Fabio Sciubba, Alessandra Diomaiuti, Gian Paolo Leone, Daniele Pizzichini, Daniela Bellincampi, Daniela Pontiggia. Olive mill wastewater as a source of defense-promoting by-products against microbial pathogens. Plant Stress, Volume 14, 2024, 100623, ISSN 2667-064X, https://doi.org/10.1016/j.stress.2024.100623.
